The Universe Seems to Be Stuck in Place by a Strange Quantum Phenomenon

存在の基本的な物理学の根底には深刻な懸念があります。それは、宇宙は私たちが理想とするほど安定していないのではないかということです。

量子場の理論は、粒子や物質として現れる亜原子振動を生成する、私たちの周りの目に見えない量子場を説明します。

これらのフィールドは、ボウルの底に落ち着く大理石のように、可能な限り最低のエネルギー状態を求める傾向があり、特定のフィールドでは現在よりもエネルギーが低い状態になる可能性があります。

での新しい研究では、 宇宙論と天体粒子物理学ジャーナル英国のポーツマス大学のチームが率いる研究者らは、量子場が効果的に所定の位置に固定される可能性を示唆するいくつかの心強い発見について詳述しており、それは宇宙がなぜ安定を保っているのかを説明するのに役立つ可能性がある。

この発見は、量子トンネリングとして知られる効果によって、フィールドが警告なしに状態を遷移させる可能性があるという懸念に対処しています。電子を含む粒子に質量を与えるヒッグス場は、「偽の真空」の中に存在している可能性があると科学者が考えている場の一つである。

ポーツマス大学の物理学者ロブソン・クリスティ氏は、「原理的には、より深い極小値への移行は宇宙を根本的に異なる状態に導き、物質の構造とそれを支配する力が変化するだろう」と語る。

フレームボーダー=”0″ 許可=”加速度計;自動再生;クリップボード書き込み;暗号化されたメディア;ジャイロスコープ;ピクチャー・イン・ピクチャー。 web-share” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin” allowedfullscreen>

研究者らは、相互作用する量子場の挙動を追跡しながら、宇宙の膨張に伴う数学的モデルを構築した。これは本質的に、エネルギー状態を表す不均等な谷の単純化されたシミュレーションでした。

このモデルにとって重要なのは、他のフィールド、つまり周囲の環境に囲まれた 1 つのフィールドの設定でした。これは、繊細な量子システムが環境からの干渉によって外れてしまう可能性がある、量子コンピューティングにおけるデコヒーレンスの概念に関連しています。

「完全な隔離は理想化です」とニューヨークのシラキュース大学のコンピューター科学者グレッグ・カプラネックは言います。

「たとえば、量子コンピューターについて考えてみましょう。これらのコンピューターに保存されている量子情報を環境から保護するために、私たちは多大な努力を払っています。なぜなら、量子情報との弱い相互作用でさえ、量子状態がすぐに変化してしまう可能性があるからです。

「同様のことが宇宙論でも起こります。フィールドは実際には決して孤独ではありません。」

周囲の環境がコンピュータでデコヒーレンスや量子効果の損失を引き起こすのと同様に、周囲の磁場も量子場における量子効果（壊滅的なトンネル挙動）の可能性を制限する可能性があると研究者らはモデルから判断した。

研究チームはこれを「宇宙のロックダウン」と呼んでおり、これは物理学者が懸念していたバレージャンプが不可能ではないものの、強力に抑制される可能性があることを意味する。

モデル分析では、宇宙の膨張速度（ハッブルスケール）に関連した量子場の質量が、そもそも場が存在する谷に影響を与えることも判明した。

「ハッブルスケールに比べて重い場は、宇宙が膨張するにつれて変化にすぐに適応することができ、この場合、最も深いエネルギーの最小値である真の真空に向かって移動する可能性が非常に高いです」とクリスティ氏は言います。

「フィールドのダイナミクスに比べて膨張が速すぎる場合、システムは変化に追いつくことができません。この場合、フィールドも偽の真空状態に陥る可能性がかなりの高さで残る可能性があります。」

研究者らは、これを別の既知の現象である量子ゼノ効果と比較している。量子ゼノ効果は、本質的に、システムが測定または監視され始めても状態が変化しないと仮定するものであり、ここでは量子場の相互作用が起こっている。

宇宙の運命に関しては、私たちはおそらく少し安心できるかもしれないが、この考えをさらに調査し、ヒッグス場のような実際の量子場を分析するには、より複雑なモデルが必要であることを研究者らは認めている。

ポーツマス大学の宇宙学者デイビッド・ワンズ氏は、「この種のメカニズムがより現実的な宇宙論的状況に関連するのであれば、すでに偽の真空状態にある場の安定化に役立つ可能性があるが、これをヒッグス場にどこまで適用できるかを理解するには、より現実的なモデルが必要になるだろう」と語る。

この研究は、 宇宙論と天体粒子物理学ジャーナル。